Soojusjuhtimise tehnoloogiasari: võimsusjahutuse juhtimine

Kui elektriinsenerid mainivad terminit"toitehaldus", siis enamik inimesi mõtleb MOS-torudele, muunduritele, trafodele jne.

Tegelikult on toitehaldus palju enamat.

Toiteallikas tekitab töötamise ajal soojust ja pidev temperatuuri tõus põhjustab jõudluse muutusi, mis võivad lõpuks põhjustada süsteemi tõrkeid.

Lisaks lühendab kuumus komponentide eluiga ja mõjutab pikaajalist töökindlust.

Seetõttu hõlmab toitehaldus ka soojusjuhtimist. Soojusjuhtimise osas tuleb mõista kahte seisukohta:

& quot;Mikro"|Probleem

Üksik komponent on liigse soojuse tekitamise tõttu üle kuumenenud, kuid ülejäänud süsteemi ja korpuse temperatuur jääb piiridesse.

& quot;Makro"|Probleem

Kogu süsteemi temperatuur on mitme soojusallika soojuse kogunemise tõttu liiga kõrge.

Insener peab kindlaks määrama, kui paljud soojusjuhtimise probleemid on mikro- ja makroprobleemid, ning nende kahe vahelise korrelatsiooni astme.

Lihtne arusaam on see, et isegi kui soojust tekitava komponendi temperatuuritõus ületab lubatud piiri ja põhjustab kogu süsteemi kuumenemise, ei tähenda see tingimata kogu süsteemi ülekuumenemist, vaid komponendi poolt tekitatud liigne soojus peab hajutada.

Kuhu siis kuumus kaob?

Külmemasse kohta hajutatuna võib see olla süsteemi ja šassii külgnev osa või väljaspool šassii (võimalik ainult siis, kui välistemperatuur on sisetemperatuurist madalam).

Soojusjuhtimine järgib füüsika põhiprintsiipe. Soojusjuhtimiseks on kolm viisi: kiirgus, juhtivus ja konvektsioon.

Enamiku elektroonikasüsteemide puhul on vajaliku jahutuse saavutamiseks lasta soojusel esmalt soojusallikast juhtivuse teel lahkuda ja seejärel konvektsiooni teel mujale viia.

Soojusprojekteerimisel on vajalik kombineerida erinevaid soojusjuhtimise riistvarasid, et saavutada tõhusalt vajalik juhtivus ja konvektsioon.

Enimkasutatavaid jahutuskomponente on kolm: radiaatorid, soojustorud ja ventilaatorid.

Radiaator ja soojustoru on passiivsed jahutussüsteemid ilma toiteallikata, ventilaator aga aktiivne sundõhkjahutussüsteem.

Radiaator on alumiinium- või vaskkonstruktsioon, mis saab soojusallikast soojust juhtivuse kaudu ja edastab soojuse õhuvoolu (mõnel juhul vette või muudesse vedelikesse), et saavutada konvektsioon.

Jahutusradiaatoreid on tuhandetes suurustes ja kujundites, alates väikestest stantsitud metallist ribidest, mis ühendavad ühte transistori, kuni suurte ekstrusioonideni, millel on palju ribi (sõrmi), mis suudavad konvektiivse õhuvoolu katkestada ja sellele soojust üle kanda.

Radiaatori eelisteks on liikuvate osade puudumine, kasutuskulud, rikkerežiimid jne.

Kui radiaator on soojusallikaga ühendatud, tekib sooja õhu tõustes loomulikult konvektsioon, mis algab ja jätkub õhuvoolu moodustamisel.

Kuigi radiaatorit on lihtne kasutada, on sellel mõned puudused: 1. Suurt soojust edastav radiaator on suur, kulukas ja raske ning see tuleb õigesti paigutada, mis mõjutab või piirab trükkplaadi füüsilist paigutust;

2. Õhuvoolu tolm võib uimed blokeerida, mis vähendab tõhusust;

3. See peab olema õigesti ühendatud soojusallikaga, et soojus saaks sujuvalt soojusallikast radiaatorisse voolata.

Lõpuks peab modelleerimine lahendama kaks probleemi:

1. Tipp- ja keskmise hajumise probleem. Näiteks püsiva oleku komponendil pideva soojuse hajumisega 1 W ja seadmel, mille soojuseraldus on 10 W, kuid 10% vahelduva töötsükliga, on erinevad soojusefektid.

See tähendab, et keskmine soojuse hajumine on sama ning sellega seotud soojusmass ja soojusvoog tekitavad erineva soojusjaotuse. Enamik CFD rakendusi suudab kombineerida staatilise ja dünaamilise analüüsi.

2. Ebatäiuslik füüsiline ühendus komponentide ja minimudeli pinna vahel, näiteks füüsiline ühendus IC-paketi ülaosa ja jahutusradiaatori vahel.

Kui ühendus on väikese vahemaaga, suureneb selle tee soojustakistus ja raja soojusjuhtivuse suurendamiseks on vaja kontaktpinda täita termopadjaga.

Soojusjuhtimine võib alandada toiteallika komponentide ja sisekeskkonna temperatuuri, mis võib pikendada toote eluiga ja parandada töökindlust.

Kuid soojusjuhtimine on integreeritud kontseptsioon, kui see on detailideni jaotatud, on see tohutu teema.

See hõlmab suuruse, võimsuse, tõhususe, kaalu, töökindluse ja kulude kompromisse. Tuleb hinnata projekti prioriteetsust ja piiranguid.